De invloed van meer lasers op kostprijs AM

Nooit eerder wist Additive World Conference zoveel deelnemers te trekken dan dit jaar. De reden: de Covid-19 pandemie haalt dit jaar een dikke streep door beurzen en congressen. Door het evenement te verplaatsen naar het web, wist Additive Industries meer dan 800 deelnemers te trekken.

Nieuwe generatie AM systemen effent weg naar serieproductie implantaten

Additive World Conference toont hoe medische industrie voorop loopt met industrialisatie 3D metaalprinten

Nooit eerder werden er zoveel vragen op de sprekers afgevuurd. Online verlaagt blijkbaar de drempel. Professor Ian Gibson, directeur van Fraunhofer Project Center in Enschede, mocht zijn toekomstvisie, waarin er geen fabrieken meer bestaan zoals we die nu kennen, uitdiepen. Volgens hem worstelen veel industriële bedrijven als het om AM gaat feitelijk met de vraag what’s in it for me? De vele mogelijke toepassingen en voordelen die additive manufacturing biedt, maken het voor bedrijven lastig om goed in te schatten waar voor hen de kansen liggen. Geen gemakkelijke vragen, nog moeilijkere antwoorden. Ian Gibson: “Het gaat niet alleen om additive manufacturing; AM wordt vaak gecombineerd met andere technologieën die snel groeien en veranderen.”

De relatie tussen het aantal lasers en de kostprijs (afbeelding Additive Industries)

Industrie 5.0

Daarom moet je additive manufacturing vanuit het perspectief van Industrie 4.0 bekijken, meent Ian Gibson. Je moet de hele digitale workflow snappen. Eigenlijk moet je zelfs een stap verder durven gaan, meent de Twentse hoogleraar. Want uiteindelijk gaan we richting Industrie 5.0 en nog verder. “Dat betekent dat de industrie an sich niet meer noodzakelijk is. Dan hebben we technologieën waarmee we on demand producten maken, erg vergelijkbaar met de Star Trek Replicator.” Daarmee schetst hij een toekomstvisie, die nog veel jaren op zich laat wachten, maar die wel de richting aangeeft.

Halvering stuksprijs dankzij hogere output nieuwe generatie AM-systemen

Uiteindelijk zullen veel maakbedrijven verdwijnen zodra we toegang krijgen tot hoog geautomatiseerde technologieën die in staat zijn verschillende producten, van verschillende materialen te maken. In een decentraal model, verwacht hij. En lokaal? “Dat hang ervan af.” De boodschap die de wetenschappelijk directeur van het Fraunhofer Project Center vooral wil overbrengen, luidt: AM is een techniek die blijft, maar zich nog volop blijft ontwikkelen. Kijk naar wat er morgen mee kan.

AM klaar voor medische toepassingen

Voor wie nog steeds denkt dat additive manufacturing een eendagsvlieg is, was de presentatie van Ryan Kircher verhelderend. De directeur Business Development van Additive Industries in Noord-Amerika ontwierp in 2005 de eerste implantaten om ze vervolgens additief te produceren. Sindsdien hoor je vooral dat we we naar gepersonaliseerde implantaten gaan. Ryan Kircher ziet echter dat AM de laatste jaren juist terrein wint in de productie van standaard implantaten. Waarom? Omdat je met AM lattice structuren kunt printen die voor een veel betere aanhechting aan het menselijk bot zorgen. “Dat is de echte aanjager van de groei”, zegt Kircher. Hij schat dat 10% van de heupimplantaten (de hip cups) momenteel wordt geprint. Hier ligt dus een groeimarkt voor de komende jaren. Veel ontwikkelaars van orthopedische implantaten hebben de laatste jaren dan ook 3D printbedrijven overgenomen. Alle grote spelers zoals GE en Stryker hebben forse investeringen in additive manufacturing aangekondigd. En vanuit ASM vindt er al standaardisatie plaats; de FDA heeft recent richtlijnen gepubliceerd voor het valideren van 3D geprinte implantaten. Wat echter vooral de drempel naar serieproductie wegneemt, is de nieuwe generatie AM-systemen. Richtlijnen zoals de FDA deze vrijgeeft, nemen het risico deels weg. De nieuwe generatie 3D metaalprinters met meerdere lasers maken de technologie schaalbaar. En dat brengt hem op het punt waarom hij denkt dat de productie van deze implantaten versneld richting additive manufacturing gaat verschuiven: automatisering en een hogere snelheid zorgen voor forse kostenverlagingen.

Kostprijs: van €82 naar €40 euro per stuk

Hij toont een kostprijsvergelijking voor een 3D geprinte heupkom (52 mm doorsnede, Ti6Al4V) tussen een moderne 3D metaalprinter en een machine van de eerste generatie, met een printbed van 250 bij 250 mm en één enkele laser. Met zo’n oude opstelling kom je op een kostprijs van €82 per heupkom. En je hebt 66 machines nodig om op jaarbasis 100.000 cups te produceren. Per machine kom je namelijk bij een OEE van 80% tot een productie van 2288 implantaten per jaar. Met een investering van €850.000 (in 2005) komt hij op een kostprijs van €82.23 per onderdeel, waarvan alleen al de afschrijving op de machine ruim €50 per heupkom is. In zijn nieuwe model rekent Kircher met een AM-systeem met vier lasers en geïntegreerde automatisering. Kostprijs €1,5 miljoen. De betere optieken verhogen de depositierate met 30%. De OEE van zo’n AM-systeem is (mede dankzij de automatisering) 95 procent. Eén systeem 3D print jaarlijks 15.619 implantaten. Dat resulteert in een halvering van de kostprijs per implantaat tot €40.25 (waarvan nog maar €13.72 afschrijving per onderdeel). Nu volstaan 7 van deze systemen om in twee dagen tijd 60 heupkommen te 3D printen. Ryan Kircher: “Als je naar de kosten en de schaalbaarheid van 15 jaar geleden kijkt, was 3D printen niet zinvol. De vooruitgang van de technologie heeft dit veranderd. Het wordt daarom tijd om de businesscase opnieuw te evalueren. Ik denk dat additive manufacturing voor dit type medical devices echt concurreert met conventionele maaktechnieken.”

FDA-richtlijn: https://www.fda.gov/medical-devices/emergency-situations-medicaldevices/emergency-use-authorizations#coronavirus2019